Самоупорядоченные наноразмерные структуры на основе твердого раствора кремний-германий, полученные методом ионной имплантации

• Автор: Иржак, Артемий Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил.

* 1. Аналитический обзор литературы

1.1. Основные параметры твердого раствора — ве

1.2. Классификация квантоворазмерных структур

1.3. Применение квантоворазмерных структур в микрои оптоэлектронике

1.4. Основные методы получения упорядоченных наноразмерных

структур

1.5. Механизмы формирование слоя с квантовыми точками

1.6. Рост и особенности упорядочения нанокластеров ве

1.7. Размеры и плотность островков

* 1.7.1. Максимальный размер квантовой точки

1.7.2. Структурное совершенство, плотность и однородность наноостровков

1.8. Изменение параметров островков в процессе отжига
1.9. Оптические свойства структур с БнСе квантовыми точками
1.10. Электрические свойства тонких слоев германия на кремнии
1.11. Ионная имплантация - новый способ получения упорядоченных
квантоворазмерных гетероструктур Оех8м.х
Краткие выводы и постановка задачи
2. Экспериментальная часть
2.1. Получение самоупорядоченных Зьве наноструктур
* 2.1.1. Ионная имплантация германия в кремний
2.1.2. Постимплантационный отжиг полученных структур
2.2. Исследование полученных структур
2.2.1. Распределение имплантированного германия по глубине
кремния

2.2.2. Кристаллическое совершенство слоя и подложки (рентгеноструктурный анализ)
2.2.3. Пространственное распределение кластеров Зцве в слое
* твердого раствора (атомно-силовая и растровая
электронная микроскопии)
2.2.4. Элементный состав кремний - германиевых наноструктур
2.2.4.1. Факторный анализ для обработки оже-сигналов
для наноэлектроники
2.2.5. Квантово - оптические свойства структур с квантовыми точками
Выводы к главе 2
3. Кинетика кластеризации атомов германия в приповерхпостном слое
кремния
** 3.1. Кинетические коэффициенты образования кластера
3.2. Преципитация дефектов, ограниченная диффузией
3.3. Модель кластеризации атомов, однородно распределенных по объему кристалла
3.4. Модель кластеризации атомов, неоднородно распределенных по объему кристалла
3.5. Расчет начальных условий кластеризации
3.6. Результаты моделирования кластеризации атомов, неоднородно распределенных по объему кристалла
Выводы к главе 3
Заключение
* Список цитируемой литературы
Список основных публикаций по теме диссертационной работы
Актуальность темы. Кремний обладает уникальным сочетанием свойств, делающим его незаменимым материалом микроэлектроники. Легированные моно- и поликристаллы кремния, аморфный кремний, различные соединения на его основе - оксиды, нитриды, силициды - позволяют получать диэлектрические, полупроводниковые и проводящие материалы не только на поверхности, но и в объеме кристаллов кремния. В последние годы в микроэлектронике значительно возрос интерес к наноразмерным кремниевым структурам, проявляющим эффекты размерного квантования. Такие структуры интересны для производства светопоглощающих и излучающих приборов, что компенсирует невозможность получения качественных излучающих приборов вследствие отсутствия прямого оптического перехода в кремнии.
Уникальные свойства структур с эффектами размерного квантования были предсказаны еще в восьмидесятых годах прошлого века. Попытки получить такие системы предпринимались при помощи локального травления, роста на профилированных подложках, конденсации в стеклянных матрицах и др. Однако эти методы не соответствовали одновременно основным требованиям к структурам с эффектами размерного квантования и условиям получения и работы современных полупроводниковых приборов. Наилучшие результаты изготовления квантовых структур (КС) на основе кремния были достигнуты при молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) тонкого слоя германия. Этот метод не лишен некоторых существенных недостатков, а именно:
- жесткие требования к качеству подложек (совершенство поверхности, отсутствие паразитных или адсорбированных примесей);
- длительность проведения процесса;
- высокие требования к проведению самого процесса (температурный режим, чистота и давление подаваемых газов).

Исследование образцов методом дифракции высокого разрешения (рис. 2.3.) показало, что подложка имеет отклонение от плоскости 111 на ~ 5°. Пик на -325 агсэес на первом спектре - артефакт, возникающий вследствие утечки интенсивности через коллиматор. Этого пика не наблюдается при использовании двух коллиматоров.
В обоих случаях сигнал от имплантированного слоя (на - 2600 агсзес) слабый. Размытость пика свидетельствует о тонком слое или изменении состава и/или релаксации упругих напряжений в слое.
Так как пик слоя слаб, было решено провести исследования в трех осях только с одним коллиматором, несмотря на сопутствующий пик. Полученная таким образом карта обратного пространства представлена на рис.
2.4. Общее время сбора данных - 12 часов 48 минут, накопление сигнала 1,5 сек на точку, со область сканирования 8000 X 8000 агсэес, размер шага 60 агсзес.
По данным исследования зеркального рентгеновского отражения (рис. 2.5.), образец состоит из трех основных слоев (табл. 5) - кремниевой подложки, слоя твердого раствора 8Юе и оксида кремния.
Таблица 5.
Параметры структуры германия, имплантированного в кремний
Материал X Толщина(А) Толщина границы, A Плотность, %*
Si02 0,000 45,60 + 0,17 2,68 10,03 36,0610,37
GeSi].x 0,200 496,75 ± 30,61 10,1710,11 106,5210,73
GexSii.x 0,300 141,20132,67 39,71 125,01 93,6414,84
GexSij.x 0,200 341,29140,32 35,86 1 7,37 84,55 14,76
Si 0,000 00 21,72127,90 100,00
* Плотность представлена в процентах от плотности материала, взятого из базы данных REFS